Що таке мемристори і де вони можуть бути застосовані

Назва «мемристор» походить від двох слів – memory і resistor. Даний мікроелектронних компонент являє собою різновид пасивного компонента, резистора, але на відміну від звичайного резистора, мемристор має своєрідну пам’яттю.

Суть в тому, що мемристор змінює свою провідність відповідно до кількості протекшего через нього електричного заряду – в залежності від величини інтеграла за часом пройшов через компонент струму. Мемристор можна описати як двухполюсник з нелінійної ВАХ, і володіє певним гистерезисом.

Нове слово в світі обчислювальної техніки

На початку 70-х років, американський професор Леон Чуа запропонував теоретичну модель, де описувалися співвідношення між прикладеним до елементу напругою і інтегралом струму за часом.

Протягом довгих років теорія професора Чуа залишалася теорією, і тільки в 2008 році група вчених з компанії Hewlett-Packard, на чолі зі Стенлі Вільямсом, створили в лабораторії зразок володіє пам’яттю елемента, який вів себе подібно теоретично описаного мемрістор, хоча і відрізнявся від запропонованої раніше теоретичної моделі.

Пристрій не підтримувало магнітний потік подібно котушці індуктивності, що не накопичувало електричний заряд подібно конденсатору, і поводилася зовсім не як звичайний резистор. Четвертий компонент! Його провідні властивості змінювалися завдяки хімічним перетворенням в двошарової плівці діоксиду титану товщиною в 5 нм.

Перший шар плівки збіднений киснем, в зв’язку з чим, при додатку до даного наноіонному пристрою електричної напруги, (через платинові електроди) вакантні кисневі місця починають мігрувати між першим і другим шарами, що і веде до зміни опору пристрою.

Уже на цьому етапі зрозуміло, що явище гістерезису дозволяє застосовувати мемристори як осередків пам’яті, і в деяких аспектах електроніки вони, ймовірно, зможуть замінити собою напівпровідникові транзистори.

Широкі перспективи впровадження мемристоров

В теорії пам’ять на мемрістор може вийти більш швидкої і щільною, ніж флеш-пам’ять поширена сьогодні, і в формі блоків вона зможе замінити собою оперативну пам’ять.

Оскільки мемристори ніби запам’ятовують минулий через них заряд, в принципі це дозволило б комп’ютерів взагалі відмовитися від завантаження операційної системи при кожному включенні комп’ютера після виключення, а при включенні – відразу починати роботу, відновлюючи її з останнього збереженого стану ОС.

Hewlett-Packard і Hynix вже заявили, що технологія в принципі готова до реалізації. Ще в 2014 році вони опублікували свій проект суперкомп’ютера «The Machine», а в 2016 продемонстрували його прототип – з пам’яттю на базі мемристоров і з оптоволоконними лініями зв’язку. Комерціалізація поки не відбулася, але очікується в найближчі роки.

Принципово мемристори придатні не тільки для зберігання даних, вони можуть також брати участь в обробці інформації, причому і ту і іншу функцію може виконувати один і той же блок пам’яті.

Гіпотетично в недалекому майбутньому мемристори допоможуть створити штучні синапси в складі штучних нейромереж, причому будувати вироби можна буде на стандартному мікрочіповие обладнанні. Мемристор поводиться дуже схожим на синапс чином: чим більший сигнал через нього пропускається – тим краще він пропускає сигнал в майбутньому.

У загальному і цілому перспективи впровадження мемристоров досить широкі. Енергоефективні обчислювальні системи з динамічною пам’яттю з можливістю збереження поточного стану навіть після вимкнення живлення – це вже дуже сильний ривок вперед.

На горизонті, як мінімум, вдосконалений клас інтегральних мікросхем, в яких переваги конденсаторів і індуктивностей (в плані можливості збереження свого стану) будуть досягнуті на нанорівні. Дистанційне зондування, штучні нейроморфние біологічні системи і т. Д.

З огляду на зростаюче використання хмарних обчислень і сучасні масштаби Big data, потреби в потужних апаратних компонентах будуть тільки рости, а це значить, що початок бурхливого зростання ринку мемристоров – лише питання часу. До того ж, якщо взяти до уваги перспективу (з впровадженням мемристоров) підвищення продуктивності зі зниженням тепловиділення, стає логічним, що в недалекому майбутньому труднощі, пов’язані з поточною складністю мемристоров як виробів, будуть подолані.

Ось лише десять головних гравців цієї галузі на сьогодні: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC і Knowm, Inc.

Штучний мозок не за горами

Безумовно, до практики ще далеко, але обриси ідеї вже вимальовуються. Кора головного мозку людини має щільність синапсів 10000000000 на квадратний сантиметр, але при всій своїй складності синапси в мозку споживають надзвичайно малу потужність. Їх нелінійна динаміка і здатність зберігати спогади десятиліттями завжди вражала вчених.

Мета створення електронної моделі мозку з електронними еквівалентами синапсів здавалася недосяжною. Але сьогодні, коли робота над мемрісторнимі пристроями активно ведеться, інженери отримали надію наблизитися до відтворення архітектури реального мозку на базі електроніки, здатного адаптуватися до навколишнього середовища.

Ссылка на основную публикацию